浅谈路面施工中预应力混凝土技术及施工工艺

【摘要】本文介绍了预应力混凝土路面在公路施工中的技术应用；以及道路基层施工的一些要点，并提出了对于二灰碎石作为材料铺筑路基层的一些技术参数和施工注意点。

【关键字】路面施工；基层；预应力混凝土；技术施工

1 预应力混凝土路面的优缺点

许多研究工作表明预应力混凝土路面有以下几方面的优点：路面板厚度只需传统混凝土路面板厚的40%～60%，就能提供很高的承载力和较高的抗变形能力，对减薄机场道面的厚度非常有利; 预应力混凝土路面由于板较长，接缝数量可大大减少。改善了行车的平稳性；预应力的存在使路面板体性较强，边角软弱部分得以改善，大大减少了横向开裂的可能性，提高了路面的耐久性；预应力混凝土路面的用筋量少于除贫混凝土外其他路面。据国外研究指出，用于正常预应力设计所需的钢筋量约为2.7125kg/m 这远少于连续配筋路面(在一些情况下可达1/5的用量);从国外已建路面的使用状况来看，预应力混凝土路面几乎30 年不需大修，养护需求也较少。对于较长使用年限的主要问题就是来自纹的磨耗，但预应力混凝土路面要比传统混凝土路比较来看，初期投资，但养护面的磨耗要小。就其费用与传统混凝土路面的相比费用几乎为零，并且减少了由于养护所延误的时间等因素。其主要缺点在于：从经济观点来看，虽减薄了路面板的厚度，但需大量的预应力筋腱，施工工艺较复杂，手工操作的工作量大，难以实现机械化、自动化施工，初期投资较大；虽然预应力混凝土路面板可以做得较长，但随长度的增加，由路基约束所引起的张拉应力也随之增大，另外，板的位移量也会增大，这对横向接缝的设计要求很严，同时对路基摩擦约束要尽可能小；对施工队伍人员素质要求较高，并需进行严格的质量控制。

2 预应力混凝土路面类型

据现有资料,国外做法大致可将预应力路面分为两大类“: 单独型”板的路面和“连续型”板的路面。“单独型”路面就是配置一定数量的预应力钢筋，由间隔较长的膨胀缝相隔离的路面组成。按施加预应力的先后次序又可分为先张法和后张法两种，这与房屋、桥梁上的做法相同，一般多采用后张法。“连续型”路面就是无筋路面，因无膨胀缝而得名，这种路面可以做得很长，按照施加预应力的方法可分为千斤顶加力和自加应力。千斤顶加力是一般在两个固定的锚固端间浇筑混凝土，并留有空隙放置加力千斤顶，待混凝土硬化达到规定强度后，用千斤顶从两端加力，达到规定压力时，将两端空隙封闭。自应力路面不用千斤顶加力，而是选用膨胀水泥，混凝土硬化，体积增大，由于两端受有约束而使混凝土自动产生内压应力。一般认为，“单独型”板的路面要好于“连续型”板的路面。主要原因一是扣除路基摩阻后的预应力在有膨胀缝路面中几乎保持常量，而在“连续型”板中，板不能自由膨胀，且又很长。从而使其应力随外界温度、湿度变化很大，很难对所需的预应力进行估计。因此，工程上多采用“单独型”路面，“连续型”路面还处于研究、试验阶段，实际应用不多。

3 设计方法

目前，世界各国对预应力混凝土路面的设计仍然没有一个统一的方法体系，而且在某种程度上都是经验性的，一般施工加足够的纵向预应力来防止横向收缩开裂。一般认为：板收缩时，温度翘曲约束应力使板底受压，这有助于预应力抵消由荷载和收缩引起的张拉应力；板膨胀时，由荷载和白天翘曲约束应力所抵消。因此，所施加的预应力主要由：交通荷载；由温度和湿度所引起的翘曲约束；板收缩期间的板底摩擦约束。3个因素所决定。

4 路基约束

在任何混凝土板和其下的基层间都存在摩阻约束，该约束阻止板随温度、湿度的变化而移动。在预应力混凝土路面中，尽量减小该摩擦力是非常重要的，因为它是引起预应力损失的主要因素，同时它也决定着板的长度。尽管国外在这方面已做了不少工作，但摩擦系数的大小仍难以确定。有些部门建议摩擦的砂或石屑所组成的滑动层中也发现其值为1.25～2.0。许多室内试验所确定的摩擦系数都比现场的小，这是因为室内未能真实反映现场的状况条件所致。为了减小摩擦，通常采用一层砂土覆盖防水纸、砂和油毛毡或砂和聚乙烯薄膜。在这方面进行了许多尝试，还有使用沥青材料作滑动层的，但未见有成功报道，许多研究表明采用一薄层的同一二粒径的球形颗粒(砂、石屑等)对于减小摩擦效果很好，其作用如同滚珠轴承。

5、施工工艺

5.1施丁前准备

① 备料。按规范和设计技术指标要求，备齐水泥、行灰、粉煤灰、碎石材料。

②准备下承层。将下承层开挖完毕。

③施T放样。在底基层P恢复If，线，直线段I：每1 5m设一桩，f}}线段El0m设 桩，并按施工的基层宽度放设边桩 且测量左、巾、右点基底标高，计算并记录设计标高。

④ 支设模板。路面二灰碎石基层厚度来确定横板槽钢制作，一般每根槽钢长度6～10m。模板间纵向采用螺栓对接，模板} 每隔lm设一支撑杆架，以备川钢钎阎定模板 按边机 底设计标离加虚铺 度(本段虚铺厚度一般较设计厚度增加2cm)挂两侧边线 根据所挂边线高度支没钢模板。标高校正后的钢模板需用钢针同定 下承层 ，模板外侧培土人丁夯实加以稳同，以防摊铺过程中模板移 。虹馍后两侧模问挂线再次检合厚度，厚度偏差较人者在规定的误差内再次修整下承层和校正模板标高。

5.2施T过程技术参数控制

5.2.1 摊铺宽度。摊铺宽度须号虑路面侧加宽l5cm ，以确保边缘的压炎度松铺厚度均匀摊铺十路横内，其松铺厚度为压实(设计)厚度乘以压实系数。

5.2.2 碾压 初压时应先用轻型压路机由两侧向路中心稳压一、二遍，其后立即找补。找平后立即用12～15的压路机压实，碾压至要求之密度，凡无明显轮迹。

5.2.3 工作接缝

由于二灰碎石基层工作缝处理不当会产生薄弱环节，降低整体强度，因此 施I 时应认真采取措施对待工作缝的处理。一是尽可能一次摊铺成型减少纵向_I：作缝，分层施丁时，应进行错位施工，错位尺寸横向j二作缝取1 ITI左右，纵向 1=作缝取50cm左右。二是工作缝拼接时松铺厚度耍稍厚于正常厚度，保证压实度。j三是lT作接缝处要顺直，上下要垂直，严禁存在松散现象，碾压时要增加接缝处的碾压遍数。

6、施工过程中的注意点和检测内容

6.1 注意摊铺速度的调整，减少摊铺机停机待料的现象以避免出现小波浪，影响平整度，摊铺速度一般控制在2．5米每分钟。

6.2 检查集料是 存在离析现象，摊铺机旁应设专人将布料器端头滚落的粗集料均匀撒开。

6.3 根据各种集料的白身含水量和施T现场气温调整含水量，一般分4个时段进行控制：9：30以前，9：30～ 11：30，11：30～ 16：00。16：00以后

6.4 随时检查摊铺厚度，检查路肩边缘的高程控制线，查看固定装置是 松动。

6.5 碾压

6.5.1 初步稳压之后，用3m直尺找出凸凹不平的地方，要求尺与路面的缝隙不大于3mm，否则应进行相应处理，处理时注意粗细集料的搭配。

6.5.2 应使各部分碾压次数尽量相同，路肩宜同步碾压，以保证基层边缘的压实度

6.5.3 碾压过程稳定土表面应始终保持湿润，最好选用双驱双振的路机，避免产生小波浪，保证大面的平整度，最后用轮胎压路机收而，消除轮迹和细微裂缝。

7 未来展望与进一步的研究

对于道路基层的施工，要严格控制铺筑材料级配，配合比，施工机械的铺筑方法。各方面部达到规范要求，才能确保施工质量，为后续路面施丁提供良好的基础。就目前而言，仍然缺少对预应力混凝土路面各方面的认识。作者认为预应力混凝土路面的设计理论和施工方法的发展将主要围绕以下几个方面：对各种板长所需的恰当的预应力；板的膨胀、收缩和翘曲特性；板的承载特性，其中包括研究预应力对板的承载能力的影响，以及对板疲劳特性等的影响。在确定预应力时，不仅要防止在最不利的情况下开裂，而且还需考虑混凝土的疲劳特性；板与地基的摩擦特性及处理方法，或经济的方法。已建的绝大多数预应力混凝土路面都属于“单独型”的，但该类路面不能做得很长(一般可达120m)。如果路基的摩擦问题解决了，并且对“连续型”的路面有了一定认识，那么修建长达300m 或更长的路面是可能的。我们可从“单独型”和“连续型”路面的一些特性中看出：将这两类路面联合使用会更有利“, 连续型”路面可用于路基状况好的直路上，“单独型”路面用于路基情况稍差和曲线路上。随着预应力混凝土路面的理论体系的成熟和施工技术的发展，预应力混凝土路面将会有良好的发展前景。